交通运输部主管  中国交通报社主办

中国交通新闻网首页  > 要闻

道路变“海绵” 下雨不“看海”
——同济大学交通运输工程学院透水铺装的研究与实践

2018-05-31 13:30:00 来源:中国交通新闻网 作者:程国政

  近年来,城市逢大雨就“坐城看海”现象时有发生。于是,很多城市提出将建设“海绵城市”,解决城市内涝的同时,促进雨水资源的利用和生态环境保护。

  海绵城市,是指使城市能够像海绵一样,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。建设海绵型城市,必须重视海绵型道路。海绵型道路主要包括透水铺装、雨水口、多功能生态树池等,而透水铺装为重中之重。那么,透水铺装的研究与实践进展如何?能否推广到重载交通区域?同济大学交通运输工程学院教授李辉分享了他的观点。

  透水铺装结构可净水降温

  “海绵城市、海绵道路建设需要科研、企业和地方政府等齐心协力,方可见到生态环境、社会经济的实效。”李辉表示,“目前,我们已经跟中交一公局沟通好,将设计该公司负责的巴基斯坦一条高等级公路的透水铺装路面改造方案,并将在2019年开始该公路的施工建设。”海绵城市透水铺装技术走向海外,标志着生态环保型城市建设向前迈进了一大步。

  据了解,透水铺装结构作为一种生态环保型路面,是本世纪以来兴起的一种集透水、透气、降温、降噪、水质净化等为一身新型路面结构,将其与传统的尾气降解路面相结合,还可大幅度提高尾气降解效率。城市建设大面积应用透水铺装结构,可以恢复因大面积不透水的硬质铺装带来的雨洪径流、城市面源水污染、地下水位下降、城市热岛效应等生态环境破坏问题。

  在美国加州大学路面研究中心求学及工作期间,李辉开始研究透水混凝土路面、透水沥青路面以及透水铺砖路面等,分析影响透水路面性能的影响因素及其规律,对透水路面的透水、降温等生态功能进行了深入分析,取得了丰硕成果。2015年他进入同济大学后,研究方向聚焦透水铺装路面材料与结构设计,关注透水铺装的路用性能和生态功能,计划通过研究达成路用性能和生态功能的平衡,并将透水铺装应用到重载交通区域。

  解决透水铺装的结构强度和耐久性问题

  透水铺装材料内部有大量孔隙结构,因而有优越的生态功能,同时也有材料、结构强度低、耐久性较差的特点。回国不久,李辉便参与上海市科学技术委员会“海绵城市生态道路成套技术研究与示范”项目中子课题四“综合生态功能和结构承载力的透水铺装耐久性提升方法研究”,主要研究孔隙结构透水铺装材料的各类生态功能机理和功能耐久性、强度提升以及高承载、耐久性结构组合优化等,旨在通过研究建立“孔隙特征—环保功能—力学性能”之间的关系,构建力学性能、功能优异的透水铺装路面材料与结构一体化设计方法。

  首先,要了解透水路面如何实现其生态功能。李辉联合同济大学环境学院林思劼,共同申请交通运输工程高峰学科开放基金项目“路表径流水污染分析及海绵城市透水铺装水净化技术分析”,从环境科学的角度分析透水铺装路面的水质净化效果。研究发现,透水铺装材料可以去除固体悬浮物(SS)、总磷(TP)、总氮(TN),但其本身也会产生一定的污染,部分改性剂采用纳米技术处理后的透水铺装材料对环境的影响更为明显。

  为更好了解透水铺装的生态功能,课题组联合德国亚琛工业大学、斯图加特大学申报上海市政府间国际科技合作项目“城市地表径流雨水污染净化功能型环保材料研究”,分析城市不同区域雨水径流污染物种类及浓度,分析透水路面对多单一、多种污染物的净化的影响因素、净化效果评价以及净化机理,分析不同改性剂种类及产量对透水路面的水净化性能影响;改进交通枢纽区、城市商业区等城市典型区域的透水路面材料与结构,以期保证承载能力的同时最大限度地发挥其净水功能。

  了解其生态功能之后,就要解决路面结构稳定性问题。“透水铺装路面要让水进去,而不是在路面四处横流。”李辉说,这种颠覆性的透水铺装理念使部分从业人员不太认可,因为水进入路面内部,渗入土基中会引起路基失稳,进而影响整个路面结构层的稳定性。“这种窗框对轻载交通区域,问题不太明显,但对重载交通区域,问题就大了。”据李辉介绍,课题组联合同济大学土木学院李卫超,申请中央高校基金项目“重载透水铺装饱水路基土生物加固方法与机理”,从改变现有透水铺装路面结构、加固路基土入手,研究透水路面土基在低压实饱水状态下保持足够稳定性的技术路径、设计方法。

  随着研究的开展,课题组开始研发新的材料改性剂。由于常规路面的透水路面细集料较少,内部为“点—点”的接触,对胶结材料的黏附性要求远远大于常规路面。而常规路面所使用的改性剂虽能提高透水路面性能,但仍达不到重载路面的承载要求。于是,寻找品质更好的改性剂就成为必须解决的课题。最终,课题组联合南方科技大学、厦门大学开发透水铺装专用改性剂材料,结合透水铺装路面材料性能改性需求,从微观层面研究透水铺装材料的胶凝材料,研发相应改性剂材料。

  联合企业推进成果产业化

  要想把研究成果产业化,必须联合企业。于是,课题组找到河南万里路桥集团,共同开展透水铺装路面材料专用生产、养护设备的研发。

  众所周知,海绵城市建设面临的严峻问题就是尽快消化雨洪,避免“城市看海”。作为科技部国家重点研发计划项目“低影响开发海绵城市透水铺装关键技术研究及应用”的总负责人,李辉提出,在局部道路渗流模拟分析的基础上,利用暴雨洪水管理模型(SWMM)等分析软件,评价分析城市区域进行雨洪风险,包括大规模应用透水铺装等不同措施对城市区域雨洪风险的降低作用,并考虑透水铺装技术的路面源污染及地下水潜在应用等。

  令人喜悦的是,成果产业化步伐不断加快。今年1月,课题组中标“河北曲港高速公路曲阳至肃宁段低影响开发高速公路生态服务区综合技术研究与应用”,将建设我国首个高速公路生态海绵服务区。该项目总占地66亩,其中透水铺装区域建设面积约30亩,分别用于服务区广场、小车停车场、客车停车场(全透水路面结构)以及部分大(重)车停车场(排水路面结构),并拟对透水铺装区域进行长达3年的性能检测,对其对环境的影响进行长期性能评价。今年3月,由课题组负责的河南荥阳京襄城遗址公园全透水彩色混凝土路面也已竣工,该段公园道路长500米、宽3米,极大地优化了公园的景观效果。

  李辉介绍,透水铺装的生态友好型特征优良,但也存在造价较普通路面高的问题。如何对其进行综合评价呢?课题组在分析传统的路面全寿命周期的基础上,引入全透水路面结构对水和环境的影响,并将其作为其中重要的组成部分编写了我国第一个针对透水路面的在线版全寿命综合分析评价系统,该套系统也可用于常规路面分析,目前已免费向公众开放。

中国交通新闻网版权及免责声明:
1、凡本网注明“来源:中国交通报”、“来源:中国交通新闻网” 的所有作品,版权均属于中国交通新闻网,未经本网授权,任何单位及个人不得转载、摘编或以其他方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围 内使用,并注明“来源:中国交通新闻网”。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
2、凡本网注明 “来源:XXX(非中国交通新闻网)” 的作品,均转载自其他媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
3、如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行。

新媒体

数字报

订阅指南

热门推荐更多>>

问计于民问计于网

围绕党中央、国务院重大决策部署和交通运输部党组中心工作,倾听群众呼声、查找突出问题、吸收基层智慧,更好服务人民、服务大局、服务基层。